激光全场模态测量技术研究

详细阐述了电子散斑时间平均法振动测量技术的原理,通过对影响测量精度的诸因素进行理论和实验分析,提出通过应用连续相位扫描技术克服相移系统相移不准确所带来的误差.通过散斑平均技术的实施,消除散斑对测量精度的影响.在实验中得到了满意的测量结果.通过线性近似法,解决了振幅低于30nm的振动测量问题,从而使系统分辨率达到亚纳米级,测量精度达到纳米级.     

频闪剪切散斑干涉术的研究

提出了一种用于振动研究的方法——频闪剪切散斑干涉照相法。该方法由于采用了剪切镜,能得到较为精确的散斑剪切图,提高了测量的精度,是一种用于振动研究较为理想的散斑照相的新方法。讨论了频闪剪切散斑干涉术的基本原理,给出了频闪剪切散斑图的全场分析的平均光强分析的解析式,并给出了实验结果。理论和实验都表明频闪剪切散斑干涉照相法要优于时间平均剪切散斑干涉照相法。该方法在全场滤波分析时,能给出任一瞬时物体振动信息,得到清晰的、高衬比的全场干涉条纹图,是一种实用可行的方法。     

双光路电子散斑振动测量系统

本文给出了一种双光路电子散斑振动测量系统,该系统结合了普通ESPI离面振动测量光路和退敏感光路,既能对较大振幅范围的振动进行定性观测,又能实现全场自动定量分析,同时避免了相位去包裹处理.系统具有较高的抗干扰能力,可以应用于实际工程中复杂非连续结构的振动特性分析.     

频闪散斑照相法

本文讨论了频闪散斑照相法的基本原理,给出了简谐振动和非简谐周期振动散斑图的全场分析的平均光强分布和条纹可见度的解析式.理论和实验表明频闪散斑法较之时间平均散斑法有着明显的优点.     

双目视觉DIC测量系统的离面位移测量精度

采用离面位移测量精度达到10 nm~20 nm的电子散斑干涉测量系统验证了双目视觉数字散斑相关测量系统的离面位移测量精度。分别用电子散斑干涉测量系统和双目视觉数字散斑相关测量系统同时测量了平板离面位移,并对所测量的位移最大值进行了分析处理及比较。结果表明,双目视觉数字散斑相关测量系统的物体离面位移分布云图与电子散斑干涉测量系统的结果基本相同,且两者位移均方根相差为2.76 m~3.56 m,相对误差为4.59%~7.60%。因此,当被测量物体的离面位移大于4 m时,双目视觉Q400测量系统精度可达到电子散斑干涉测量系统的精度。     

瞬时浓度场的激光片光测量研究

根据粒子的光散射、散斑成像理论,建立了两相流动粒子相对数量浓度与粒子散斑图像强度之间的线性关系, 通过数字图像分析和处理技术进行污染扩散相对瞬时全场浓度的测量。利用粒子散斑成像测量原理自行设计了大范围瞬时浓度场测量系统,并利用该系统对烟雾扩散的瞬时浓度场进行了实际测量。     

孔径旋转频闪散斑照相法测量物体的固有频率

提出了一种测量物体固有频率的新方法－－孔径旋转频闪散斑照相法。该方法能方便地测量振动物体的固有频率，具有精度高、全场显示、条纹可见度好等优点，给出了理论分析和实验结果。     

一种新的数字散斑振动定量分析系统

在数字散斑干涉(DSPI)测量方法中，数字散斑时间平均法测量振动时得到的是贝塞尔条纹，其定量分析比较困难。该文采用贝塞尔条纹准相移技术进行数字散斑振动定量分析，即在参考光路中引入和物体同频率的偏置参考振动,当参考振动的相位改变时,振动条纹会产生移动,这相当于静态余弦条纹的相移,可以采用相移算法对数字散斑振动测量的贝塞尔条纹进行定量分析。文中开发了一种新的数字散斑振动定量分析系统，研制了一种低压光学相移器和测量控制电路，给出了圆周固定圆片和四周固定方铜板的振动测量结果。实验结果表明：采用本系统可以方便地定量测出物体的振动模态。     

应用数字散斑投影测量纸页厚度

传统的纸张厚度测量方法只能测量纸页某一点厚度, 该类方法会因为纸张厚度全场分布不匀带来测量误差。针对该问题, 提出利用数字散斑投影的纸页厚度检测方法, 向待测纸页投射散斑图案, 并构建散斑投影的实验测量系统, 通过三维数字图像相关的算法处理, 得到纸页的形貌以及厚度。实验表明, 对纸张厚度名义值为0.180 mm的实验样品进行测量, 结果为0.177 mm, 对该方法进行重复实验, 测得的相对误差小于4%, 而且该方法能够直观地显示纸页的全场分布。此外, 提出的纸页厚度测量方法具有结构简单、非接触式测量、全场测量等优点, 为纸页生产中的厚度检测提供了新思路。     

电子显微镜散斑照相技术

提出了一种新颖的人工亚微米/纳米散斑制作技术.采用超声波分散亚微米/纳米颗粒,然后利用范德华力、静电力和毛细力将其吸附在试件表面.在特定分辨率的扫描电镜下,物体表面的亚微米/纳米颗粒可以看作是亚微米/纳米散斑.此外,发展了一种测量面内亚微米/纳米级变形的电子显微镜散斑照相技术.详细介绍了人工制作亚微米/纳米散斑和电子显微镜散斑照相技术,实验验证了技术的可行性     

像散法对微位移和微振动的实时测量

提出了一种通过对光学像散量的检测来实现对物体的微位移和微振动进行实时非接触测量的新方法.该方法采用四象限光电探测器测量由于物体相对于光学系统焦点的偏离而引起的像散量,参照已标定的物体位置与像散量之间的关系,可计算出物体的实际位移或振幅.利用这套系统对压电陶瓷片的振动状态进行了测量,得到了振动的振幅及频率.测量结果表明,该系统的测量灵敏度优于17 nm.     

原子力显微镜微探针与光束偏转法在纳米振动检测中的应用

本文探讨了表面弹性波传播的机制,提出了一种利用原子力显微镜微探针与光束偏转法检测纳米振动的新方法,并利用这种方法对表面波质点的纳米振动进行了实时检测.当LiNbO₃晶片被施以13MHz的超高频激振电压时,在原子力显微镜示波器监视端观察到了质点的纳米振动,幅值为6.7nm,频率和驱动电压的频率一致.     

Research on micro-vibration measurement by a laser diode self-mixing interferometer

The self-mixing vibration signals are observed in the laser diode when the optical beam is back-scattered into the laser cavity which causes laser output power modulated. Based on these properties, a laser diode self-mixing vibrometer with wide dynamic range is proposed. This current investigation further reports new work to improve the accuracy and range of the measured vibration signals. Numerical simulations and experimental results are given and discussed. The experimental results show that the frequency measurement range can be achieved up to 22 kHz with 0.241% maximum relative error while utilizing the reflecting film. For amplitude measurement utilizing the same reflecting film, the error of measurement result is 4.77 nm which has approached nanometer order of magnitude.     

振动对面形测量误差的影响分析

振动会使高精度面形测量产生误差。建立了振动对干涉测量面形的误差模型,应用13步移相算法分析了在振幅为63 nm时的误差情况。分析结果表明,当面形测量误差的敏感频率为12 Hz时,振动引起的面形均方根(RMS)误差约为12 nm。通过实验进行了验证,仿真分析结果和实验结果基本相同。实验分析了在12 Hz时,振幅为5~63 nm时,对应的测量面形RMS误差为1~7.1 nm,振幅和RMS误差线性增大。为不同振动频率和振幅引起的面形RMS的误差分析和高精度面形测量的振动环境控制提供了一定的参考。     

基于光纤3×3耦合器干涉仪及相位跟踪的振动测量系统

研究了基于光纤3×3耦合器迈克尔逊干涉仪及反馈跟踪相位变化的振动测量系统。该测量系统包含两个反馈控制环节:一个反馈控制环节用于补偿由于环境干扰引起的相位随机漂移;另一个反馈控制环节用于跟踪由于振动引起的相位变化,从而实现对振动幅值及振动方向的测量。该系统可对频率为1.5~200Hz的振动进行测量,测量分辨率可达到10nm。     

光学系统受迫振动的激光测量方法

将激光信号与高帧频CCD结合,解决了光学系统中振动信号和激光信号之间的转换问题,不仅能够测量振动对系统光束指向稳定性的影响,而且能够得到振动信号本身的频率特性。利用该方法对振源为150 Hz和200 Hz两种条件下的光学系统受迫振动进行测量,得到了与输入信号相吻合的振动信号属性。通过实验与分析得知:时域振幅测量精度为6.25 m,频域分辨力为2 Hz,方法简便高效,测量结果准确,已应用于角多路准分子激光主振荡功率放大器系统打靶试验平台光束指向稳定性的研究中。     

Resonance tracking and vibration stablilization for high power ultrasonic transducers

Resonant frequency shift and electrical impedance variation are common phenomena in the application of high power ultrasonic transducers, e.g. in focused ultrasound surgery and in cutting. They result in low power efficiency and unstable vibration amplitude. To solve this problem, a driving and measurement system has been developed to track the resonance of high power transducers and to stabilise their vibration velocity. This has the ability to monitor the operating and performance parameters of the ultrasonic transducers in real time. The configuration of the system, with its control algorithm implemented in LabVIEW (National Instruments, Newbury, UK), ensures flexibility to suit different transducers and load conditions. In addition, with different programs, it can be utilised as a high power impedance analyser or an instantaneous electrical power measurement system for frequencies in the MHz range. The effectiveness of this system has been demonstrated in detailed studies. With it, high transducer performance at high power can be achieved and monitored in real time.     

激光多普勒微振动信号的直接强度解调

在传统的激光多普勒测振方法中,频移信号的检测通常需要具有比较复杂的频率或相位解调系统。从激光多普勒频移和干涉理论出发,提出了一种测量振幅小于纳米量级的方法———直接强度解调法。分析了直接强度解调法的适用范围。实验中利用了迈克尔逊干涉仪结构,采用了直接强度解调的方法。对振幅约为1nm的振动信号来说,其信噪比为23dB。     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.